WO2019087267A1 - 空気圧式アクチュエータ - Google Patents

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WO2019087267A1
WO2019087267A1 PCT/JP2017/039200 JP2017039200W WO2019087267A1 WO 2019087267 A1 WO2019087267 A1 WO 2019087267A1 JP 2017039200 W JP2017039200 W JP 2017039200W WO 2019087267 A1 WO2019087267 A1 WO 2019087267A1
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sleeve
cord
constituting
actuator
cords
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PCT/JP2017/039200
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English (en)
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Inventor
中山　敦
泰典 樽谷
信吾 大野
靖王 福島
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Bridgestone Corp
Original Assignee
Bridgestone Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
    • F15B15/103—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type using inflatable bodies that contract when fluid pressure is applied, e.g. pneumatic artificial muscles or McKibben-type actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type

Definitions

  • the present invention relates to a pneumatic actuator.
  • an air pressure having a rubber tube (tubular body) that inflates and contracts using air as a working fluid and a sleeve (mesh reinforcing structure) covering the outer circumferential surface of the tube
  • An actuator so-called Mackben type
  • Mackben type is widely used (see, for example, Patent Document 1).
  • Both ends of the actuator body constituted by the tube and the sleeve are crimped using a sealing member formed of metal.
  • the sleeve is a tubular structure in which a high tension fiber such as polyamide fiber or a metal cord is woven, and regulates the expansion movement of the tube within a predetermined range.
  • Such a pneumatic actuator is used in various fields, but is particularly suitably used as an artificial muscle of a care and welfare device.
  • the above-mentioned conventional actuators do not necessarily have high strength (pressure resistance), and in particular, when the sleeve is not properly designed, the load on the tube becomes large, and there is room for improvement in durability.
  • this invention solves the problem of the said prior art, and makes it a subject to provide the pneumatic actuator which improved durability in the actuator which uses gas as a working fluid.
  • the gist configuration of the present invention for solving the above problems is as follows.
  • the pneumatic actuator of the present invention is constituted by a tubular tube which is expanded and contracted by air pressure, and a tubular structure in which a cord oriented in a predetermined direction is woven and which covers the outer peripheral surface of the tube.
  • An actuator body that is In the no load and no pressure state, the average angle of the cords forming the sleeve with respect to the axial direction of the actuator is 20 degrees or more and less than 45 degrees, In a state where the average angle of the cords constituting the sleeve with respect to the axial direction of the actuator is 45 degrees at an air pressure of 5 MPa, the total of the gaps of the cords constituting the sleeve with respect to the area (S1) of the outer surface of the actuator main body It is characterized in that the ratio (S2 / S1) of the area (S2) is 35% or less.
  • Such a pneumatic actuator of the present invention has a small load on the tube and improved durability because the sleeve is properly designed.
  • the cord constituting the sleeve is made of at least one fiber material selected from polyamide fiber, polyester fiber, polyurethane fiber, rayon, acrylic fiber and polyolefin fiber. In this case, the durability of the actuator is further improved.
  • a cord group oriented in one direction and a cord group intersecting with each other are alternated with two or one cord of each cord group. , And the positions at which they cross each other are shifted one by one. In this case, the durability of the actuator is further improved.
  • the sleeve is formed by twill weave or plain weave of the cord. Also in this case, the durability of the actuator is further improved.
  • the breaking strength of the cord constituting the sleeve is 200 N / cord or more. In this case, the durability of the actuator is further improved. In the present invention, the breaking strength of the cord is measured in accordance with JIS L1017.
  • the breaking elongation of the cord constituting the sleeve is 2.0% or more. In this case, the durability of the actuator is further improved. In the present invention, the breaking elongation of the cord is measured in accordance with JIS L1017.
  • the thickness of the cord constituting the sleeve is 0.3 mm to 1.5 mm. In this case, the durability of the actuator is further improved.
  • the implantation density of the cords constituting the sleeve is 6.8 cords / cm to 25.5 cords / cm. In this case, the durability of the actuator is further improved.
  • the sleeve has a thickness t (mm) of the tube, a thickness d (mm) of a cord constituting the sleeve, and the sleeve under no load and no pressure.
  • the average angle ⁇ 2 of the cords constituting the sleeve at the time of contraction of the actuator with respect to the axial direction of the actuator is a value measured with a load of 2.5 kN and an air pressure of 5 MPa.
  • the thickness t (mm) of the tube, the thickness d (mm) of the cord constituting the sleeve, and in the no load and no pressure state, the cord constituting the sleeve has an average in the axial direction of the actuator.
  • the angle ⁇ 1 and the average angle ⁇ 2 of the cords constituting the sleeve with respect to the axial direction of the actuator at the time of contraction of the actuator are expressed by the following formula (2) It is further preferable that In this case, the durability of the actuator is further improved.
  • the cord constituting the sleeve has the following formula (3): [Wherein, T 2 is the number of twists of the cord (count / 10 cm), provided that the cord has a single-twist structure, the number of twist T 2 (count / 10 cm) is the number of twist T 1 (count / 10 cm) And D is the fineness (dtex) per yarn of the yarn constituting the cord, and ⁇ is the density of the yarn constituting the cord (g / cm 3 ) The coefficient K is 0.14 to 0.50. In this case, since the sleeve is properly designed, the load on the tube is reduced and the durability of the actuator is further improved.
  • the cord constituting the sleeve has a ratio (T 1 ) between the number of first twist T 1 (times / 10 cm) and the fineness D (dtex) per one of the raw yarns constituting the cord. It is preferable that / D) be 0.004 to 0.03. In this case, the durability of the actuator is further improved.
  • the cord constituting the sleeve has a ratio (T 1 / T 2 ) of the number of first twist T 1 (twice / 10 cm) to the number of upper twist T 2 (twice / 10 cm) is 0. It is preferably 8 to 1.2. In this case, the durability of the actuator is further improved.
  • the fineness D of one per yarn constituting the code is 800 ⁇ 5000dtex
  • the number of first twists T 1 is 3.2 to 150 times /
  • the number of twists is preferably 10 cm
  • the number of upper twists T 2 is 2.6 to 180 times / 10 cm
  • the number of twists is 2 to 4. In this case, the durability of the actuator is further improved.
  • the thickness of the tube is 1.0 mm to 6.0 mm under no load and no pressure. In this case, the durability of the actuator is further improved.
  • a pneumatic actuator with improved durability can be provided.
  • FIG. 1 is a side view of one embodiment of a pneumatic actuator 10.
  • FIG. FIG. 1 is a partially exploded perspective view of an embodiment of a pneumatic actuator 10.
  • FIG. 7A is a partial side view of two embodiments of the sleeve 120 in a no load and no pressure condition.
  • FIG. 7A is a partial side view of two embodiments of the sleeve 120 with the cord 121 comprising the sleeve 120 at an average angle of 45 degrees to the axial direction of the actuator.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view along an axial direction D AX of a pneumatic actuator 10 including a sealing mechanism 200 according to Embodiment 1-1.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view along an axial direction D AX of a pneumatic actuator 10 including a sealing mechanism 200 according to Embodiment 1-2.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view along an axial direction D AX of a pneumatic actuator 10 including a sealing mechanism 200 according to Embodiment 1-3.
  • FIG. 21 is a partial cross-sectional view of the pneumatic actuator 10 including the sealing mechanism 200A according to Embodiment 2-1 along the axial direction D AX .
  • FIG. 21 is a partial cross-sectional view of the pneumatic actuator 10 including the sealing mechanism 200A according to Embodiment 2-2 along the axial direction D AX .
  • FIG. 21 is a partial cross-sectional view of the pneumatic actuator 10 including the sealing mechanism 200A according to Embodiment 2-3 along the axial direction D AX .
  • FIG. 31 is a partial cross-sectional view of the pneumatic actuator 10 including the sealing mechanism 200B according to Embodiment 3-1 along the axial direction D AX .
  • FIG. 31 is a partial cross-sectional view of the pneumatic actuator 10 including the sealing mechanism 200C according to Embodiment 3-2 along the axial direction D AX .
  • FIG. 1 is a side view of a pneumatic actuator 10 according to the present embodiment.
  • the pneumatic actuator 10 includes an actuator body 100, a sealing mechanism 200 and a sealing mechanism 300.
  • the connection part 20 is provided in the both ends of the pneumatic actuator 10, respectively.
  • the actuator body 100 is constituted by a tube 110 and a sleeve 120.
  • the working fluid flows into the actuator body 100 through the fitting 400 and the passage hole 410.
  • the actuator of the present invention is a pneumatic type, and a gas is used as a working fluid, and examples of the gas include air and nitrogen.
  • Actuator body portion 100 by the working fluid into the tube 110 flows, contracts in the axial direction D AX of the actuator body portion 100 expands radially D R. Further, the actuator body portion 100, by which the working fluid flows out of the tube 110, and expands in the axial direction D AX of the actuator body portion 100, to radially contract D R. Due to such a change in the shape of the actuator body 100, the pneumatic actuator 10 exhibits a function as an actuator.
  • Such a pneumatic actuator 10 is a so-called McKibben type and can be applied not only to artificial muscles, but also to the limbs (upper and lower limbs, etc.) of a robot that requires higher ability (contraction force) It can also be suitably used as
  • the connecting portion 20 is connected to a member or the like that constitutes the body limb.
  • the sealing mechanism 200 and the sealing mechanism 300 seal both ends of the actuator body 100 in the axial direction D AX .
  • the sealing mechanism 200 includes a sealing member 210 and a caulking member 230.
  • the sealing member 210 seals the end of the actuator body 100 in the axial direction D AX .
  • the caulking member 230 caulks the actuator body 100 together with the sealing member 210.
  • an indentation 231 is formed which is a trace of caulking of the caulking member 230 by a jig.
  • the difference between the sealing mechanism 200 and the sealing mechanism 300 is that the roles of the fittings 400 and 500 (and the passage holes 410 and 510) are different.
  • the fitting 400 provided in the sealing mechanism 200 protrudes so as to attach a hose (pipeline) connected to a driving pressure source of the pneumatic actuator 10, specifically, a compressor for working fluid.
  • the working fluid that has flowed in via the fitting 400 passes through the passage hole 410 and flows into the inside of the actuator body 100, specifically, the inside of the tube 110.
  • the fitting 500 provided in the sealing mechanism 300 protrudes so that it can be used as degassing when injecting the working fluid into the actuator.
  • gas originally present inside the actuator is discharged from the fitting 500 through the passage hole 510.
  • FIG. 2 is a partial exploded perspective view of the pneumatic actuator 10.
  • the pneumatic actuator 10 comprises an actuator body 100 and a sealing mechanism 200.
  • the actuator body 100 is configured by the tube 110 and the sleeve 120 as described above.
  • the tube 110 is a cylindrical cylindrical body that expands and contracts by air pressure.
  • the tube 110 is made of an elastic material such as rubber to repeat contraction and expansion by the working fluid.
  • the thickness of the tube 110 is preferably in the range of 1.0 mm to 6.0 mm, and more preferably in the range of 1.4 mm to 5.0 mm.
  • the thickness of the tube 110 is 1.0 mm or more, the strength of the tube 110 is improved, the protrusion of the tube 110 from the gap of the cords constituting the sleeve 120 can be suppressed, and the durability as the actuator is further improved.
  • the thickness of the tube 110 is 6.0 mm or less, the contraction rate of the tube 110 becomes large, and a sufficient operation length can be secured.
  • the tube 110 shown in FIG.1 and FIG.2 is 1 layer structure, in this invention, the tube may have a structure of two or more layers.
  • the diameter (outer diameter) of the tube 110 can be suitably selected according to the intended application.
  • the sleeve 120 is cylindrical and covers the outer circumferential surface of the tube 110.
  • the sleeve 120 is a structure in which cords oriented in a predetermined direction are woven, and the rhombic shape is repeated by crossing the oriented cords. By having such a shape, the sleeve 120 is pantograph deformed and follows while restricting contraction and expansion of the tube 110.
  • FIG. 3 is a partial side view of two embodiments of the sleeve 120 in a no load and no pressure condition.
  • the cord 121 constituting the sleeve 120 with respect to the axial direction D AX of the actuator in the no load and no pressure state (that is, the initial state), the cord 121 constituting the sleeve 120 with respect to the axial direction D AX of the actuator.
  • the average angle ⁇ 1 is 20 degrees or more and less than 45 degrees.
  • the durability of the sleeve 120 is improved because the average angle ⁇ 1 of the cord 121 constituting the sleeve 120 with respect to the axial direction D AX of the actuator is 20 degrees or more.
  • the average angle ⁇ 1 of the cord 121 constituting the sleeve 120 with respect to the axial direction D AX of the actuator exceeds 45 degrees in the no load and no pressure state, the contraction at the time of actuation of the actuator is small and sufficient as the actuator Not functional.
  • the average angle theta 1 is preferably 22 degrees or more, more preferably 23 degrees or more. As the average angle ⁇ 1 is larger, the load on the tube 110 is smaller, the breakage of the tube 110 in the portion not in direct contact with the cord 121 is suppressed, and the function as the actuator can be maintained for a long time.
  • the average angle ⁇ 1 is preferably 37 degrees or less.
  • the actuator shrinkage becomes large, it with an adequate length.
  • the average angle ⁇ 1 of the cords 121 constituting the sleeve 120 with respect to the axial direction D AX of the actuator adjusts, for example, the direction of the cords 121 at the time of knitting the sleeve 120. It can adjust by adjusting the direction of the cord 121 at the time of doing.
  • FIG. 4 is a partial side view of two embodiments of the sleeve 120 with the cord 121 comprising the sleeve 120 at an average angle of 45 degrees with respect to the axial direction D AX of the actuator.
  • ⁇ 1 degree is allowed as an error range.
  • FIG. 4 shows that when measuring the angle of the cord 121, ⁇ 1 degree is allowed as an error range. In the present invention, as shown in FIG.
  • the ratio (S2 / S1) of the total area (S2) of the gap 122 of the cord 121 constituting the sleeve 120 to the area (S1) of the outer surface of the actuator body 100 is 35% or less, preferably 32 % Or less, more preferably 30% or less, still more preferably 25% or less, particularly preferably 20% or less.
  • the durability of the The lower limit of the ratio (S2 / S1) is not particularly limited, but the ratio (S2 / S1) is preferably 5% or more from the viewpoint of the operating length of the actuator.
  • the total area (S2) of the gaps 122 of the cords 121 constituting the sleeve 120 can be adjusted by selecting the knitting method of the sleeve 120, the thickness of the cords 121 to be used, the material, the insertion density and the like.
  • the total area of the gap 122 of the code 121 constituting the sleeve 120 (S2) is pneumatically 5 MPa, code 121 constituting the sleeve 120, the average angle theta 3 with respect to the axial direction D AX of the actuator 45
  • the load applied to the actuator is adjusted and measured so that At that time, the diameter of the sleeve 120 is evaluated in the range up to the range of minus 5% with respect to the maximum diameter of the sleeve 120, and the total area of the gap 122 in the region is S2.
  • the ratio (S2 / S1) is calculated, where the area of the outer surface is S1.
  • the area of the gap 122 of the cords 121 constituting the sleeve 120 corresponds to the area where the cords 121 do not exist when the sleeve is viewed from the outside, and the tube 110 present inside is exposed.
  • the average angle theta 1 with respect to the axial direction D AX of the actuator, theta 2, theta 3 refers to the acute angle side of the angle formed by the axial direction D AX code 121 and the actuator.
  • cords 121 constituting the sleeve 120 polyamide fibers such as aramid fibers (aromatic polyamide fibers), polyhexamethylene adipamide (nylon 6, 6) fibers, polycaprolactam (nylon 6) fibers, etc., polyethylene terephthalate (PET) It is preferable to use a fiber cord made of at least one fiber material selected from fibers, polyester fibers such as polyethylene naphthalate (PEN) fibers, polyurethane fibers, rayon, acrylic fibers, and polyolefin fibers. In this case, the durability of the sleeve is further improved.
  • PEN polyethylene naphthalate
  • a cord made of aramid fiber from the viewpoint of the strength of the sleeve 120, it is particularly preferable to use a cord made of aramid fiber.
  • the present invention is not limited to such a type of fiber cord, and for example, using a high strength fiber such as PBO (polyparaphenylene benzo bis oxazole) fiber or a metal cord constituted by an extra-fine filament It is also good.
  • the surface of the above-mentioned fiber cord or metal cord may be coated with rubber, a mixture of thermosetting resin and latex, or the like.
  • the coefficient of friction of the surface of the cord can be appropriately reduced while improving the durability of the cord.
  • 15 mass% or more and 50 mass% or less are preferable, and, as for the solid fraction in the mixture of a thermosetting resin and latex, 20 mass% or more and 40 mass% or less are still more preferable.
  • thermosetting resin may, for example, be a phenol resin, resorcinol resin or urethane resin
  • the latex may, for example, be vinylpyridine (VP) latex, styrene-butadiene rubber (SBR) latex or acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) latex.
  • VP vinylpyridine
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • NBR acrylonitrile-butadiene rubber
  • a cord group 121A oriented in one direction and a cord group 121B intersecting with each other are each cord group 121A, It is preferable that two cords 121B of the cord 121 are alternately and alternately formed, and the intersecting positions are configured to be shifted by one by one, that is, they are formed by twill weave (twill weave). In this case, the load on the tube 110 is further reduced, and the durability as an actuator is further improved.
  • the cord group 121A oriented in one direction and the cord group 121B intersecting with each other are each cord group
  • one cord 121 of each of the cords 121A and 121B be alternately and alternately configured, that is, it be composed of a plain weave.
  • the load on the tube 110 is further reduced, and the durability as the actuator is further improved.
  • the sleeve 120 be formed by braiding the cord 121. Also in this case, the load on the tube 110 is further reduced, and the durability as the actuator is further improved.
  • the number of cords to be aligned is not particularly limited in the case of Hashiko, in the present invention, two cords are aligned and two separate cords separately aligned are punched in. Is preferred.
  • the breaking strength of the cord 121 constituting the sleeve 120 is preferably 200 N / cord or more, more preferably in the range of 250 N / cord to 1000 N / cord, more preferably in the range of 300 N / cord to 1000 N / cord. Is more preferable, the range of 500 N / piece to 1000 N / piece is still more preferable, and the range of 600 N / piece to 1000 N / piece is particularly preferable. In this case, the load on the tube 110 is further reduced, and the durability of the actuator is further improved.
  • the breaking elongation of the cord 121 constituting the sleeve 120 is preferably 2.0% or more, and more preferably in the range of 3.0% to 6.0%. In this case, the load on the tube 110 is further reduced, and the durability of the actuator is further improved.
  • the thickness of the cord 121 constituting the sleeve 120 is preferably 0.3 mm to 1.5 mm, more preferably 0.4 mm to 1.5 mm, and further preferably 0.5 mm to 1 It is more preferable that the diameter is 0.5 mm, still more preferably 0.6 mm to 1.3 mm, and particularly preferably 0.6 mm to 1.0 mm. In this case, the load on the tube 110 is further reduced, and the durability of the actuator is further improved.
  • the implantation density of the cord 121 constituting the sleeve 120 is preferably 6.8 cords / cm to 25.5 cords / cm, and 10.0 cords / cm to 23.5 cords / cm. More preferably, it is 10.0 cords / cm to 20.0 cords / cm. In this case, the load on the tube 110 is further reduced, and the durability of the actuator is further improved.
  • the thickness t (mm) of the tube 110 the thickness d (mm) of the cord 121 constituting the sleeve 120, and the cord 121 constituting the sleeve 120 in no load and no pressure state.
  • the average angle ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 1 of the actuator with respect to the axial direction D AX and the average angle ⁇ 2 of the cord 121 constituting the sleeve 120 with respect to the axial direction D AX of the actuator at the time of contraction of the actuator It is preferable to satisfy When Formula (1) is satisfied, the load on the tube 110 is further reduced, and the durability as an actuator is further improved.
  • the cord 121 constituting the sleeve 120 has the following formula (3): [Wherein, T 2 is the number of twists of the cord (count / 10 cm), provided that the cord has a single-twist structure, the number of twist T 2 (count / 10 cm) is the number of twist T 1 (count / 10 cm) And D is the fineness (dtex) per yarn of the yarn constituting the cord, and ⁇ is the density of the yarn constituting the cord (g / cm 3 )
  • the coefficient K is preferably 0.14 to 0.50, more preferably 0.16 to 0.50.
  • twist coefficient K of the cord 121 constituting the sleeve 120 is 0.14 or more, the load on the fiber is reduced, the durability of the actuator is further improved, and the twist coefficient K of the cord 121 constituting the sleeve 120 is When it is 0.50 or less, the load on the tube is reduced, and the durability of the actuator is further improved.
  • the twist coefficient K of the cord 121 can be adjusted by selecting the density and fineness of the raw yarn to be used, or adjusting the number of lower twists when forming the cord.
  • the cord 121 constituting the sleeve 120 has a ratio (T 1 / D) of the number of first twist T 1 (times / 10 cm) to the fineness D (dtex) per one of the raw yarns constituting the cord 121 Is preferably 0.004 to 0.03, and more preferably 0.004 to 0.02. In this case, the load on the tube 110 is further reduced, and the durability of the actuator is further improved.
  • the cord 121 constituting the sleeve 120 has a ratio (T 1 / T 2 ) of the first twist number T 1 (times / 10 cm) to the first twist number T 2 (twice / 10 cm) is 0.8 to 1 .2 is preferable, and 0.9 to 1.1 is more preferable. In this case, the load on the tube 110 is further reduced, and the durability of the actuator is further improved.
  • the cord 121 constituting the sleeve 120 preferably has a fineness D per one filament of the raw yarn constituting the cord 121 of 800 to 5000 dtex, more preferably 800 to 4000 dtex, and 1000 to 1000 It is more preferably 4000 dtex, still more preferably 1500 to 4000 dtex, and particularly preferably 2000 to 4000 dtex. In this case, the load on the tube 110 is further reduced, and the durability of the actuator is further improved.
  • the cord 121 constituting the sleeve 120 preferably has a first twist number T 1 of 3.2 to 150 times / 10 cm, preferably 10 to 36 times / 10 cm, and 10 to 30 times / More preferably, it is 10 cm.
  • T 1 3.2 to 150 times / 10 cm, preferably 10 to 36 times / 10 cm, and 10 to 30 times / More preferably, it is 10 cm.
  • the load on the tube 110 is further reduced, and the durability of the actuator is further improved.
  • the upper twist number T 2 of the cord 121 constituting the sleeve 120 is preferably 2.6 to 180 times / 10 cm, preferably 10 to 36 times / 10 cm, and 10 to 30 times / More preferably, it is 10 cm. In this case, the load on the tube 110 is further reduced, and the durability of the actuator is further improved.
  • the number of twists of the cords 121 constituting the sleeve 120 be 2 to 4, and it is particularly preferable that the number of the cords be 2. In this case, the load on the tube 110 is further reduced, and the durability of the actuator is further improved.
  • the cord 121 constituting the sleeve 120 has a fineness D per one filament of the raw yarn constituting the cord 121 of 800 to 5000 dtex, and has a first twist number T 1 of 3.2 to 150 times / 10 cm. It is preferable that the number of upper twists T 2 is 2.6 to 180 times / 10 cm and the number of twists is 2 to 4.
  • the number of first twist T 1 , the number of upper twist T 2 , and the number of twists of the cord 121 constituting the sleeve 120 satisfy one of the above-described preferred ranges, The burden is particularly reduced, and the durability of the actuator is significantly improved.
  • the method for producing the cord 121 is not particularly limited.
  • the cord 121 has a so-called twin-twist structure in which a plurality of, preferably two to four, raw yarns are twisted together, for example, an original The yarn can be obtained as a twisted yarn cord by priming the yarn, then combining a plurality of yarns, and twisting the yarn in the reverse direction.
  • the cord 121 has a so-called single-twist structure in which one raw yarn is twisted, for example, it can be obtained as a twisted yarn cord by laying the raw yarn and twisting in one direction. .
  • the number of first twist T1 refers to the number of twists when one original yarn is twisted.
  • the number of upper twists T 2 (cycle / 10 cm) in the formula (1) is replaced with the number of lower twists T 1 (cycle / 10 cm). That is, when the cord 121 has a single-twist structure, T 2 in the formula (1) indicates the number of twists when one original yarn is twisted.
  • the sealing mechanism 200 seals an end of the actuator body 100 in the axial direction D AX .
  • the sealing mechanism 200 is constituted by the sealing member 210, the first locking ring 220 and the caulking member 230.
  • the sealing member 210 has a body portion 211 and a collar portion 212.
  • a metal such as stainless steel can be suitably used, but not limited to such a metal, a hard plastic material or the like may be used.
  • the body portion 211 has a circular tubular shape, and the body portion 211 is formed with a passage hole 215 through which the working fluid passes.
  • the passage hole 215 communicates with the passage hole 410 (see FIG. 1).
  • the tube 110 is inserted into the body portion 211.
  • the collar portion 212 is continuous with the body portion 211, and is positioned closer to the end of the pneumatic actuator 10 in the axial direction D AX than the body portion 211.
  • the flange portion 212 has a larger outer diameter in the radial direction D R than the body portion 211.
  • the collar portion 212 locks the tube 110 and the first locking ring 220 which are inserted into the body portion 211.
  • An uneven portion 213 is formed on the outer peripheral surface of the body portion 211.
  • the uneven portion 213 contributes to the slip suppression of the tube 110 inserted in the body portion 211. It is preferable that three or more convex portions formed by the uneven portion 213 be formed.
  • a first small diameter portion 214 having an outer diameter smaller than that of the body portion 211 is formed at a position near the buttocks portion 212 of the body portion 211.
  • the shape of the first small diameter portion 214 will be further described in FIG.
  • the first locking ring 220 locks the sleeve 120. Specifically, the sleeve 120 is folded radially D R outward through the first locking ring 220 (not shown in FIG. 2, see FIG. 5).
  • the outer diameter of the first locking ring 220 is larger than the outer diameter of the body portion 211.
  • the first locking ring 220 locks the sleeve 120 at the position of the first small diameter portion 214 of the body portion 211. That is, the first locking ring 220, a radial direction D R outside of the body 211, in a position adjacent to the flange portion 212, locking the sleeve 120.
  • the first locking ring 220 has a shape of two.
  • the first locking ring 220 may be divided into more than two parts, or part of the divided parts may be rotatably connected.
  • the same metal or hard plastic material as the sealing member 210 can be used.
  • the caulking member 230 caulks the actuator body 100 together with the sealing member 210.
  • metals such as aluminum alloy, brass and iron can be used.
  • an indentation 231 as shown in FIG. 1 is formed on the caulking member 230.
  • FIG. 5 is a partial sectional view along the axial direction D AX of the pneumatic actuator 10 including the sealing mechanism 200 according to Embodiment 1-1.
  • the sealing member 210 has the first small diameter portion 214 having an outer diameter smaller than the outer diameter of the body portion 211.
  • the first locking ring 220 is disposed in the radial direction D R outside of the first small-diameter portion 214.
  • the inner diameter R1 of the first locking ring 220 is smaller than the outer diameter R3 of the body portion 211.
  • the outer diameter R2 of the first locking ring 220 may also be smaller than the outer diameter R3 of the body portion 211.
  • the tube 110 is inserted into the body portion 211 until it abuts on the collar portion 212.
  • the sleeve 120 is folded back radially D R outward through the first locking ring 220.
  • the sleeve 120 has the first folded portion 120 a folded back via the first locking ring 220 at the end in the axial direction D AX .
  • the sleeve 120 is disposed on the outer peripheral side of the sleeve main portion 120b by being folded back at the sleeve main portion 120b covering the outer peripheral surface of the tube 110 and the end of the sleeve main portion 120b in the axial direction D AX.
  • a first folded portion 120a is disposed on the outer peripheral side of the sleeve main portion 120b by being folded back at the sleeve main portion 120b covering the outer peripheral surface of the tube 110 and the end of the sleeve main portion 120b in the axial direction D AX.
  • a first folded portion 120a is
  • First folded portion 120a is bonded to the sleeve body portion 120b located radially D R outside of the tube 110.
  • an adhesive layer 240 is formed between the sleeve body 120b and the first folded portion 120a, and the sleeve body 120b and the first folded portion 120a are adhered by the adhesive layer 240.
  • an appropriate adhesive may be used depending on the type of cord that constitutes the sleeve 120.
  • the adhesive layer 240 is not essential, and the first folded portion 120a may not be bonded to the sleeve body 120b.
  • the caulking member 230 is larger than the outer diameter of the body portion 211 of the sealing member 210, and after being inserted into the body portion 211, the caulking member 230 is caulked by a jig.
  • the caulking member 230 caulks the actuator body 100 together with the sealing member 210.
  • the caulking member 230 caulks the tube 110, the sleeve main body portion 120b, and the first folded portion 120a which are inserted into the body portion 211. That is, the caulking member 230 caulks the tube 110, the sleeve main body portion 120 b and the first folded portion 120 a together with the sealing member 210.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view along the axial direction D AX of the pneumatic actuator 10 including the sealing mechanism 200 according to Embodiment 1-2.
  • a sheet-like elastic member is provided between the first folded portion 120 a of the sleeve 120 and the caulking member 230.
  • a rubber sheet 250 is provided between the first folded portion 120 a and the caulking member 230.
  • the rubber sheet 250 is provided to cover the outer peripheral surface of the cylindrical first folded portion 120a.
  • the type of the rubber sheet 250 is not particularly limited, but the same type of rubber as the tube 110 can be used.
  • the caulking member 230 including the rubber sheet 250, caulks the actuator body 100 together with the sealing member 210.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view along the axial direction D AX of the pneumatic actuator 10 including the sealing mechanism 200 according to Embodiment 1-3.
  • a rubber sheet 260 is used instead of the adhesive layer 240 of Embodiment 1-1.
  • the rubber sheet 260 is a sheet-like elastic member, and is provided between the sleeve main body 120b and the first folded portion 120a.
  • the same type of rubber as the rubber sheet 250 can be used.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the pneumatic actuator 10 including the sealing mechanism 200A according to the embodiment 2-1 along the axial direction D AX .
  • a sealing mechanism 200A is used instead of the sealing mechanism 200 of the first embodiment.
  • the difference between the sealing mechanism 200 and the sealing mechanism 200A is that the first small diameter portion 214 such as the sealing member 210 is not formed.
  • the sealing mechanism 200A is configured of a sealing member 210A, a first locking ring 220A, and a caulking member 230A.
  • the tube 110 is inserted into the body portion 211A of the sealing member 210A. Since the first small diameter portion 214 like the sealing member 210 is not formed in the sealing member 210A, the outer diameter of the first locking ring 220A is larger than the outer diameter of the body portion 211A. For this reason, the first locking ring 220A is locked by the hook portion 212A and the caulking member 230A.
  • the caulking member 230A does not abut on the collar portion 212A. That is, the portion of the first locking ring 220A in which the sleeve 120 is folded back is exposed to the outside. Furthermore, since the outer diameter of the first locking ring 220A is larger than the outer diameter of the body portion 211A, the first locking ring 220 may not be divided as in the first locking ring 220 of the first embodiment.
  • An adhesive layer 240 is formed between the sleeve body portion 120b and the first folded portion 120a, as in the embodiment 1-1.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the pneumatic actuator 10 including the sealing mechanism 200A according to the embodiment 2-2 along the axial direction D AX .
  • a sheet-like elastic member is provided between the first folded portion 120a of the sleeve 120 and the caulking member 230A.
  • a rubber sheet 250A is provided between the first folded portion 120a and the caulking member 230A. Similar to the rubber sheet 250 of the embodiment 1-2, the rubber sheet 250A is provided to cover the outer peripheral surface of the cylindrical first folded portion 120a.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view along the axial direction D AX of the pneumatic actuator 10 including the sealing mechanism 200A according to Embodiment 2-3.
  • a rubber sheet 260 is used instead of the adhesive layer 240 of the embodiment 2-1. Similar to Embodiment 1-3, the rubber sheet 260 is a sheet-like elastic member, and is provided between the sleeve main body portion 120b and the first folded portion 120a.
  • FIG. 11 is a partial cross-sectional view of the pneumatic actuator 10 including the sealing mechanism 200B according to the embodiment 3-1 along the axial direction D AX .
  • two locking rings are used.
  • the sealing mechanism 200B is configured by a sealing member 210B, a first locking ring 220B, a caulking member 230B, and a second locking ring 270.
  • the sealing mechanism 200B has the second locking ring 270 in addition to the first locking ring 220B.
  • the second locking ring 270 a radial direction D R outside of the body 211B, at a position on the center side in the axial direction D AX of the actuator body portion 100 than the first locking ring 220B, locking the sleeve 120 Do.
  • the sealing member 210B has a second small diameter portion 216B having an outer diameter smaller than the outer diameter of the body portion 211B.
  • the second locking ring 270 is disposed in the radial direction D R outside of the second small diameter portion 216B.
  • the inner diameter of the second locking ring 270 is preferably smaller than the outer diameter of the body portion 211B.
  • the outer diameter of the second locking ring 270 may also be smaller than the outer diameter of the body portion 211B. Thereby, the second locking ring 270 is locked by the second small diameter portion 216B.
  • the sleeve 120 has a second folded portion 120 c folded back via the second locking ring 270.
  • the second folded back portion 120c is continuous with the first folded back portion 120a. That is, the second folded back portion 120c is folded back at the end of the first folded back portion 120a in the axial direction D AX and is disposed on the outer peripheral side of the first folded back portion 120a.
  • the sleeve 120 is folded back to the center side in the axial direction D AX of the actuator main body 100 via the first locking ring 220B to form a first folded portion 120a.
  • the sleeve 120 forms a second folded portion 120 c by the first folded portion 120 a being folded back to the end side in the axial direction D AX of the actuator body 100.
  • the tube 110 is inserted into the body portion 211B, the sleeve body 120b located radially D R outer tube 110, a first folded portion 120a, and a second folded portion 120c, or with a sealing member 210B Close.
  • a rubber sheet 260 similar to that of the embodiment 1-3 is provided between the sleeve main body 120b and the first folded portion 120a.
  • a sheet-like elastic member is also provided between the first folded portion 120a and the second folded portion 120c.
  • a rubber sheet 280 is provided between the first folded portion 120a and the second folded portion 120c.
  • the rubber sheet 280 is provided to cover the outer peripheral surface of the cylindrical first folded portion 120a.
  • a rubber sheet 290 having substantially the same shape as the rubber sheet 250 of the embodiment 1-3 is provided between the second folded portion 120c and the caulking member 230B.
  • the rubber sheet 290 is provided to cover the outer peripheral surface of the cylindrical second folded portion 120c.
  • FIG. 12 is a partial cross-sectional view of the pneumatic actuator 10 including the sealing mechanism 200C according to Embodiment 3-2 along the axial direction D AX .
  • the differences from the embodiment 3-1 will be mainly described below.
  • the sealing member 210C in which the first small diameter portion 214B and the second small diameter portion 216B are not formed is used.
  • the sealing member 210C has a body portion 211C. Since the first small diameter portion 214B and the second small diameter portion 216B like the sealing member 210B are not formed in the sealing member 210C, the inner diameter of the first locking ring 220C and the inner diameter of the second locking ring 270C are , The outer diameter of the body portion 211C.
  • the caulking member 230C is located between the first locking ring 220C and the second locking ring 270C in the axial direction D AX . That is, the portion of the first locking ring 220C and the portion of the second locking ring 270C in which the sleeve 120 is folded back are exposed to the outside.
  • a rubber sheet 281 having substantially the same shape as the rubber sheet 280 of Embodiment 3-1 is provided between the first folded portion 120a and the second folded portion 120c. Further, a rubber sheet 291 having substantially the same shape as the rubber sheet 290 of Embodiment 3-1 is provided between the second folded portion 120c of the sleeve 120 and the caulking member 230C.
  • the obtained rubber composition was processed by an extruder to produce a cylindrical tube of 300 mm in length.
  • the outer diameter and thickness of the produced tube are shown in Table 1.
  • a mesh-like, cylindrical sleeve was prepared by weaving 64 aramid fiber cords having the specifications shown in Table 1. Each aramid fiber cord was prepared by first twisting the aramid fiber of the raw yarn and further twisting the upper yarn. Further, this sleeve was a reticulated cylindrical body in which 64 aramid fiber cords were observed on the circumference in the cross section.
  • the sleeves are 32 cords of aramid fiber cords arranged at regular intervals, in parallel and in a spiral shape, and the other 32 diagonally arranged with the 32 aramid fiber cords at regular intervals, in parallel and in a spiral form
  • It is a reticulated tubular body in which 32 aramid fibers are alternately woven, and as shown in FIG. 3A, two cords of each cord group are alternately crossed, and The crossing position was configured to be shifted one by one (twill weave).
  • the specifications of each sleeve and the cords constituting each sleeve are shown in Table 1.
  • FIGS. 1 and 2 An actuator having a structure shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured using the tube and the reticulated sleeve. Air was used as the working fluid of the tube incorporated into the actuator. The angles of the cords constituting the sleeve of the manufactured actuator and the durability of the actuator were evaluated by the following methods.
  • the angle formed by the cord constituting the sleeve with respect to the axial direction of the actuator was calculated as follows. (1) Take a picture of the relevant part. (2) Select the central part of the actuator (the area within the range of minus 5% of the diameter of the sleeve with respect to the maximum diameter of the sleeve at the time of contraction of the actuator). Do. (3) In this part, measure the angle formed by the straight line connecting the center of the sealing mechanism and the cord constituting the sleeve. (4) Evaluate 5 points, take an average, and take a measured value.
  • the angle of the cord is measured at no load and no pressure, and at the time of contraction of the actuator under specified load and air pressure (internal pressure), and in the table, the former is referred to as “initial cord angle ⁇ 1 ” The latter was marked as “contraction cord angle ⁇ 2 ".
  • the operation fluid injection operation was performed so that the pressure of the working fluid in the tube was repeated at 0 MPa and 5 MPa, respectively, every 3 seconds, and the number of times until the tube became cracked and could not express the function of the actuator was measured.
  • the number of times of Example 1 was set to 100, and it displayed as an index. The larger the index value, the higher the durability. Further, the failure mode was visually observed and evaluated according to the following criteria.
  • B Failure due to tube damage in direct contact with no cord
  • C Failure due to cord breakage
  • 10 pneumatic actuator
  • 20 connection portion
  • 100 actuator body portion
  • 110 tube
  • 120 sleeve
  • 120a first folded portion
  • 120b sleeve body portion
  • 120c second folded portion
  • 121 cord
  • 121A , 121B cord group
  • 122 cord gap
  • 200, 200A, 200B, 200C sealing mechanism
  • 210, 210A, 210B, 210C sealing member, 211, 211A, 211B, 211C: body portion
  • 212, 212A Collar part
  • 213 uneven part
  • 214, 214B first small diameter part
  • 215 passage hole
  • 216B second small diameter part
  • 220, 220A, 220B, 220C first locking ring
  • 230, 230A, 230B, 230C crimped member
  • 231 indentation
  • 240 adhesive layer
  • 260 rubber sheet
  • 270, 270C second locking ring

Landscapes

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Abstract

本発明の課題は、耐久性を向上させた空気圧式アクチュエータを提供することであり、その解決手段は、空気圧によって膨張及び収縮する筒状のチューブ（１１０）と、所定方向に配向されたコード（１２１）を編み込んだ筒状のスリーブ（１２０）と、によって構成されるアクチュエータ本体部（１００）を具え、無負荷且つ無加圧状態において、前記コード（１２１）のアクチュエータの軸方向（ＤＡＸ）に対する平均角度（Θ１）が２０度以上４５度未満であり、空気圧５ＭＰａで、前記コード（１２１）のアクチュエータの軸方向（ＤＡＸ）に対する平均角度（Θ３）が４５度である状態において、前記アクチュエータ本体部（１００）の外表面の面積（Ｓ１）に対する前記コード（１２１）の間隙（１２２）の総面積（Ｓ２）の比（Ｓ２／Ｓ１）が３５％以下であることを特徴とする、空気圧式アクチュエータ（１０）である。

Description

空気圧式アクチュエータ
　本発明は、空気圧式アクチュエータに関するものである。
　従来、チューブを膨張及び収縮させるアクチュエータとしては、作動流体として空気を用いて膨張、収縮するゴム製のチューブ（管状体）と、チューブの外周面を覆うスリーブ（網組補強構造）とを有する空気圧式アクチュエータ（いわゆるマッキベン型）が広く用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
　チューブ及びスリーブによって構成されるアクチュエータ本体部の両端は、金属で形成された封止部材を用いてかしめられる。
　スリーブは、ポリアミド繊維などの高張力繊維または金属のコードを編み込んだ筒状の構造体であり、チューブの膨張運動を所定範囲に規制する。
　このような空気圧式アクチュエータは、様々な分野で用いられているが、特に、介護・福祉用機器の人工筋肉として好適に用いられている。
特開昭６１－２３６９０５号公報
　しかしながら、前述した従来のアクチュエータは、強度（耐圧力）が必ずしも高くなく、特に、スリーブが適切に設計されていない場合、チューブへの負荷が大きくなり、耐久性に改善の余地がある。
　そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決し、作動流体として気体を用いるアクチュエータにおいて、耐久性を向上させた空気圧式アクチュエータを提供することを課題とする。
　上記課題を解決する本発明の要旨構成は、以下の通りである。
　本発明の空気圧式アクチュエータは、空気圧によって膨張及び収縮する筒状のチューブと、所定方向に配向されたコードを編み込んだ筒状の構造体であって前記チューブの外周面を覆うスリーブと、によって構成されるアクチュエータ本体部を具え、
　無負荷且つ無加圧状態において、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度が２０度以上４５度未満であり、
　空気圧５ＭＰａで、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度が４５度である状態において、前記アクチュエータ本体部の外表面の面積（Ｓ１）に対する前記スリーブを構成するコードの間隙の総面積（Ｓ２）の比（Ｓ２／Ｓ１）が３５％以下であることを特徴とする。
　かかる本発明の空気圧式アクチュエータは、スリーブが適切に設計されているため、チューブへの負荷が小さく、耐久性が向上している。
　本発明の空気圧式アクチュエータの好適例においては、前記スリーブを構成するコードが、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリウレタン繊維、レーヨン、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維から選ばれる少なくとも１種の繊維材料からなる。この場合、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明の空気圧式アクチュエータの他の好適例においては、前記スリーブは、一方向に配向されたコード群と、それと交錯するコード群とが、各コード群のコードの２本又は１本ずつが交互に交錯して構成され、且つ交錯する位置が１本ずつずれて構成されている。この場合、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明の空気圧式アクチュエータの他の好適例においては、前記スリーブは、前記コードを斜文織（綾織）又は平織して構成されている。この場合も、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明の空気圧式アクチュエータの他の好適例においては、前記スリーブを構成するコードの破断強力が、２００Ｎ／本以上である。この場合、アクチュエータの耐久性が更に向上する。なお、本発明において、コードの破断強力は、ＪＩＳ　Ｌ１０１７に従って測定する。
　本発明の空気圧式アクチュエータの他の好適例においては、前記スリーブを構成するコードの破断伸びが、２．０％以上である。この場合、アクチュエータの耐久性が更に向上する。なお、本発明において、コードの破断伸びは、ＪＩＳ　Ｌ１０１７に従って測定する。
　本発明の空気圧式アクチュエータの他の好適例においては、前記スリーブを構成するコードの太さが、０．３ｍｍ～１．５ｍｍである。この場合、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明の空気圧式アクチュエータの他の好適例においては、前記スリーブを構成するコードの打ち込み密度が、６．８本／ｃｍ～２５．５本／ｃｍである。この場合、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明の空気圧式アクチュエータの他の好適例においては、前記チューブの厚みｔ（ｍｍ）と、前記スリーブを構成するコードの太さｄ（ｍｍ）と、無負荷且つ無加圧状態において、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度Θ１と、アクチュエータの収縮時において、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度Θ２とが、下記式（１）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 を満たす。この場合、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　ここで、アクチュエータの収縮時における、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度Θ２は、荷重２．５ｋＮ、空気圧５ＭＰａで測定した値である。
　また、前記チューブの厚みｔ（ｍｍ）と、前記スリーブを構成するコードの太さｄ（ｍｍ）と、無負荷且つ無加圧状態において、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度Θ１と、アクチュエータの収縮時において、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度Θ２とは、下記式（２）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
  
を満たすことが更に好ましい。この場合、アクチュエータの耐久性がより一層向上する。
　本発明の空気圧式アクチュエータの他の好適例においては、前記スリーブを構成するコードの、下記式（３）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 ［式中、Ｔ２はコードの上撚り数（回／１０ｃｍ）であり、但し、コードが片撚り構造の場合、上撚り数Ｔ２（回／１０ｃｍ）を下撚り数Ｔ１（回／１０ｃｍ）に置き換えるものとし、Ｄはコードを構成する原糸の一本当りの繊度（ｄｔｅｘ）であり、ρはコードを構成する原糸の密度（ｇ／ｃｍ３）である］で定義される撚り係数Ｋが０．１４～０．５０である。この場合、スリーブが適切に設計されているため、チューブへの負荷が小さくなり、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明の空気圧式アクチュエータにおいて、前記スリーブを構成するコードは、下撚り数Ｔ１（回／１０ｃｍ）と該コードを構成する原糸の一本当りの繊度Ｄ（ｄｔｅｘ）との比（Ｔ１／Ｄ）が０．００４～０．０３であることが好ましい。この場合、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明の空気圧式アクチュエータにおいて、前記スリーブを構成するコードは、下撚り数Ｔ１（回／１０ｃｍ）と上撚り数Ｔ２（回／１０ｃｍ）との比（Ｔ１／Ｔ２）が０．８～１．２であることが好ましい。この場合、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明の空気圧式アクチュエータにおいて、前記スリーブを構成するコードは、該コードを構成する原糸の一本当りの繊度Ｄが８００～５０００ｄｔｅｘであり、下撚り数Ｔ１が３．２～１５０回／１０ｃｍであり、上撚り数Ｔ２が２．６～１８０回／１０ｃｍであり、撚り本数が２～４本であることが好ましい。この場合、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明の空気圧式アクチュエータの他の好適例においては、無負荷且つ無加圧状態において、前記チューブの厚みが１．０ｍｍ～６．０ｍｍである。この場合、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明によれば、耐久性を向上させた空気圧式アクチュエータを提供することができる。
空気圧式アクチュエータ１０の一実施形態の側面図である。 空気圧式アクチュエータ１０の一実施形態の一部分解斜視図である。 無負荷且つ無加圧状態における、スリーブ１２０の２つの実施形態の部分側面図である。 スリーブ１２０を構成するコード１２１の、アクチュエータの軸方向に対する平均角度が４５度である状態における、スリーブ１２０の２つの実施形態の部分側面図である。 実施形態１－１に係る封止機構２００を含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。 実施形態１－２に係る封止機構２００を含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。 実施形態１－３に係る封止機構２００を含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。 実施形態２－１に係る封止機構２００Ａを含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。 実施形態２－２に係る封止機構２００Ａを含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。 実施形態２－３に係る封止機構２００Ａを含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。 実施形態３－１に係る封止機構２００Ｂを含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。 実施形態３－２に係る封止機構２００Ｃを含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。
　以下に、本発明の空気圧式アクチュエータを、その実施形態に基づき、図面を参照しつつ、詳細に例示説明する。なお、同一の機能や構成には、同一または類似の符号を付して、その説明を適宜省略する。
（１）空気圧式アクチュエータの全体概略構成
　図１は、本実施形態に係る空気圧式アクチュエータ１０の側面図である。図１に示すように、空気圧式アクチュエータ１０は、アクチュエータ本体部１００、封止機構２００及び封止機構３００を具える。また、空気圧式アクチュエータ１０の両端には、連結部２０がそれぞれ設けられる。
　アクチュエータ本体部１００は、チューブ１１０とスリーブ１２０とによって構成される。アクチュエータ本体部１００には、フィッティング４００及び通過孔４１０を介して作動流体が流入する。ここで、本発明のアクチュエータは、空気圧式であり、作動流体として気体が用いられ、該気体としては、空気や窒素等が挙げられる。
　アクチュエータ本体部１００は、チューブ１１０内へ作動流体が流入することによって、アクチュエータ本体部１００の軸方向ＤＡＸに収縮し、径方向ＤＲに膨張する。また、アクチュエータ本体部１００は、チューブ１１０から作動流体が流出することによって、アクチュエータ本体部１００の軸方向ＤＡＸに膨張し、径方向ＤＲに収縮する。このようなアクチュエータ本体部１００の形状変化によって、空気圧式アクチュエータ１０は、アクチュエータとしての機能を発揮する。
　また、このような空気圧式アクチュエータ１０は、いわゆるマッキベン型であり、人工筋肉用として適用できることは勿論のこと、より高い能力（収縮力）が要求されるロボットの体肢（上肢や下肢など）用としても好適に用い得る。連結部２０には、当該体肢を構成する部材などが連結される。
　封止機構２００及び封止機構３００は、軸方向ＤＡＸにおけるアクチュエータ本体部１００の両端部を封止する。具体的には、封止機構２００は、封止部材２１０及びかしめ部材２３０を含む。封止部材２１０は、アクチュエータ本体部１００の軸方向ＤＡＸの端部を封止する。また、かしめ部材２３０は、アクチュエータ本体部１００を封止部材２１０と共にかしめる。かしめ部材２３０の外周面には、治具によってかしめ部材２３０がかしめられた痕である圧痕２３１が形成される。
　封止機構２００と封止機構３００との相違点は、フィッティング４００，５００（及び通過孔４１０，５１０）の役割が異なる点である。
　封止機構２００に設けられているフィッティング４００は、空気圧式アクチュエータ１０の駆動圧力源、具体的には、作動流体のコンプレッサと接続されたホース（管路）を取り付けられるように突出している。フィッティング４００を介して流入した作動流体は、通過孔４１０を通過してアクチュエータ本体部１００の内部、具体的には、チューブ１１０の内部に流入する。
　一方、封止機構３００に設けられているフィッティング５００は、アクチュエータに作動流体を注入する際の、ガス抜きとして使用できるように突出している。アクチュエータの作動初期において、作動流体をアクチュエータに注入すると、アクチュエータ内部に元々存在していたガスは、通過孔５１０を介してフィッティング５００から排出される。
　図２は、空気圧式アクチュエータ１０の一部分解斜視図である。図２に示すように、空気圧式アクチュエータ１０は、アクチュエータ本体部１００及び封止機構２００を具える。
　アクチュエータ本体部１００は、前述したように、チューブ１１０とスリーブ１２０とによって構成される。
　チューブ１１０は、空気圧によって膨張及び収縮する円筒状の筒状体である。チューブ１１０は、作動流体による収縮及び膨張を繰り返すため、弾性材料、例えば、ゴム等からなる。
　無負荷且つ無加圧状態において、チューブ１１０の厚みは、１．０ｍｍ～６．０ｍｍの範囲が好ましく、１．４ｍｍ～５．０ｍｍの範囲が更に好ましい。チューブ１１０の厚みが１．０ｍｍ以上であれば、チューブ１１０の強度が向上し、スリーブ１２０を構成するコードの間隙からのチューブ１１０のはみ出しを抑制でき、アクチュエータとしての耐久性が更に向上する。また、チューブ１１０の厚みが６．０ｍｍ以下であれば、チューブ１１０の収縮率が大きくなり、十分な動作長を確保できる。
　なお、図１及び図２に示すチューブ１１０は、１層構造であるが、本発明において、チューブは２層以上の構造を有していてもよい。また、チューブ１１０の直径（外径）は、目的とする用途に応じて、適宜選択できる。
　スリーブ１２０は、円筒状であり、チューブ１１０の外周面を覆う。スリーブ１２０は、所定方向に配向されたコードを編み込んだ構造体であり、配向されたコードが交差することによって菱形の形状が繰り返されている。スリーブ１２０は、このような形状を有することによって、パンタグラフ変形し、チューブ１１０の収縮及び膨張を規制しつつ追従する。
　図３は、無負荷且つ無加圧状態における、スリーブ１２０の２つの実施形態の部分側面図である。
　本発明においては、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、無負荷且つ無加圧状態（即ち、初期状態）において、スリーブ１２０を構成するコード１２１の、アクチュエータの軸方向ＤＡＸに対する平均角度Θ１が２０度以上４５度未満である。無負荷且つ無加圧状態において、スリーブ１２０を構成するコード１２１の、アクチュエータの軸方向ＤＡＸに対する平均角度Θ１が２０度以上であることで、スリーブ１２０の耐久性が向上する。一方、無負荷且つ無加圧状態において、スリーブ１２０を構成するコード１２１の、アクチュエータの軸方向ＤＡＸに対する平均角度Θ１が４５度を超えると、アクチュエータの作動時の収縮が小さく、アクチュエータとして十分に機能しなくなる。
　また、前記平均角度Θ１は、好ましくは２２度以上、更に好ましくは２３度以上である。平均角度Θ１が大きい程、チューブ１１０への負担が小さくなり、コード１２１に直接接触しない部分のチューブ１１０の破損が抑制され、アクチュエータとしての機能を長期に渡って維持できる。
　また、前記平均角度Θ１は、好ましくは３７度以下である。平均角度Θ１が３７度以下であれば、アクチュエータの収縮率が大きくなり、十分な動作長を確保できる。
　ここで、初期状態における、スリーブ１２０を構成するコード１２１の、アクチュエータの軸方向ＤＡＸに対する平均角度Θ１は、例えば、スリーブ１２０を編む際のコード１２１の方向を調整し、更に、円筒状にする際のコード１２１の方向を調整することで、調整できる。
　図４は、スリーブ１２０を構成するコード１２１の、アクチュエータの軸方向ＤＡＸに対する平均角度が４５度である状態における、スリーブ１２０の２つの実施形態の部分側面図である。なお、本発明において、コード１２１の角度を実測する際には、誤差範囲として±１度を許容する。
　本発明においては、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、空気圧５ＭＰａで、前記スリーブ１２０を構成するコード１２１の、アクチュエータの軸方向ＤＡＸに対する平均角度Θ３が４５度である状態において、前記アクチュエータ本体部１００の外表面の面積（Ｓ１）に対する前記スリーブ１２０を構成するコード１２１の間隙１２２の総面積（Ｓ２）の比（Ｓ２／Ｓ１）が３５％以下であり、好ましくは３２％以下、より好ましくは３０％以下、より一層好ましくは２５％以下、特に好ましくは２０％以下である。スリーブ１２０を構成するコード１２１の、アクチュエータの軸方向ＤＡＸに対する平均角度Θ３が４５度である状態、即ち、コード１２１の平均交差角度が９０度である状態において、アクチュエータ本体部１００の外表面の面積（Ｓ１）に対するスリーブ１２０を構成するコード１２１の間隙１２２の総面積（Ｓ２）の比（Ｓ２／Ｓ１）が３５％以下であることで、チューブ１１０への負担が小さくなって、アクチュエータとしての耐久性が向上する。なお、該比（Ｓ２／Ｓ１）の下限は特に限定れるものではないが、比（Ｓ２／Ｓ１）は、アクチュエータの動作長の観点からは、５％以上が好ましい。
　ここで、スリーブ１２０を構成するコード１２１の間隙１２２の総面積（Ｓ２）は、スリーブ１２０の編み方や、使用するコード１２１の太さ、材質、打ち込み密度等を選択することで、調整できる。
　なお、本発明において、スリーブ１２０を構成するコード１２１の間隙１２２の総面積（Ｓ２）は、空気圧５ＭＰａで、スリーブ１２０を構成するコード１２１の、アクチュエータの軸方向ＤＡＸに対する平均角度Θ３が４５度となるように、アクチュエータにかける荷重を調整して測定される。その際、スリーブ１２０の最大径に対して、スリーブ１２０の径がマイナス５％の範囲までの領域で評価し、該領域の間隙１２２の面積の合計をＳ２とし、該領域のアクチュエータ本体部１００の外表面の面積をＳ１として、比（Ｓ２／Ｓ１）を算出する。ここで、スリーブ１２０を構成するコード１２１の間隙１２２の面積は、スリーブを外側から見て、コード１２１が存在せず、内側に存在するチューブ１１０が露出している面積に対応する。
　また、本発明において、アクチュエータの軸方向ＤＡＸに対する平均角度Θ１，Θ２，Θ３は、コード１２１とアクチュエータの軸方向ＤＡＸとがなす角度の鋭角側の角度を指す。
　スリーブ１２０を構成するコード１２１としては、アラミド繊維（芳香族ポリアミド繊維）、ポリヘキサメチレンアジパミド（ナイロン６，６）繊維、ポリカプロラクタム（ナイロン６）繊維等のポリアミド繊維、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）繊維等のポリエステル繊維、ポリウレタン繊維、レーヨン、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維から選ばれる少なくとも１種の繊維材料からなる繊維コードを用いることが好ましい。この場合、スリーブの耐久性が更に向上する。これらの中でも、スリーブ１２０の強度の観点から、アラミド繊維からなるコードを用いることが特に好ましい。
　但し、このような種類の繊維コードに限定されるものではなく、例えば、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維などの高強度繊維や、極細のフィラメントによって構成される金属製のコードを用いてもよい。
　また、上述の繊維コードや金属製のコードは、その表面を、ゴムや、熱硬化性樹脂とラテックスとの混合物等で被覆してもよい。これらの材料でコードの表面が被覆されている場合、コードの耐久性を向上させつつ、コードの表面の摩擦係数を適度に低下させることができる。
　なお、熱硬化性樹脂とラテックスとの混合物中の固形分率は、１５質量％以上５０質量％以下が好ましく、２０質量％以上４０質量％以下が更に好ましい。また、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、レゾルシン樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられ、ラテックスとしては、ビニルピリジン（ＶＰ）ラテックス、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）ラテックス、アクリロニトリル－ブタジエンゴム（ＮＢＲ）ラテックス等が挙げられる。
　本発明において、前記スリーブ１２０は、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、一方向に配向されたコード群１２１Ａと、それと交錯するコード群１２１Ｂとが、各コード群１２１Ａ，１２１Ｂのコード１２１の二本ずつが交互に交錯して構成され、且つ交錯する位置が１本ずつずれて構成されていること、即ち、斜文織（綾織）で構成されていることが好ましい。この場合、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータとしての耐久性が更に向上する。
　また、本発明において、前記スリーブ１２０は、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、一方向に配向されたコード群１２１Ａと、それと交錯するコード群１２１Ｂとが、各コード群１２１Ａ，１２１Ｂのコード１２１の一本ずつが交互に交錯して構成されていること、即ち、平織で構成されていることも好ましい。この場合も、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータとしての耐久性が更に向上する。
　また、本発明において、前記スリーブ１２０は、コード１２１を斜子織して構成されていることも好ましい。この場合も、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータとしての耐久性が更に向上する。なお、斜子織において、引きそろえるコードの本数は、特に限定されるものではないが、本発明においては、２本のコードを引きそろえて、別途引きそろえた２本の別のコードを打ち込むことが好ましい。
　本発明においては、前記スリーブ１２０を構成するコード１２１の破断強力が、２００Ｎ／本以上であることが好ましく、２５０Ｎ／本～１０００Ｎ／本の範囲が更に好ましく、３００Ｎ／本～１０００Ｎ／本の範囲がより一層好ましく、５００Ｎ／本～１０００Ｎ／本の範囲が更により一層好ましく、６００Ｎ／本～１０００Ｎ／本の範囲が特に好ましい。この場合、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明においては、前記スリーブ１２０を構成するコード１２１の破断伸びが、２．０％以上であることが好ましく、３．０％～６．０％の範囲が更に好ましい。この場合、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明においては、前記スリーブ１２０を構成するコード１２１の太さが、０．３ｍｍ～１．５ｍｍであることが好ましく、０．４ｍｍ～１．５ｍｍであることが更に好ましく、０．５ｍｍ～１．５ｍｍであることがより一層好ましく、０．６ｍｍ～１．３ｍｍであることが更により一層好ましく、０．６ｍｍ～１．０ｍｍであることが特に好ましい。この場合、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明においては、前記スリーブ１２０を構成するコード１２１の打ち込み密度が、６．８本／ｃｍ～２５．５本／ｃｍであることが好ましく、１０．０本／ｃｍ～２３．５本／ｃｍであることが更に好ましく、１０．０本／ｃｍ～２０．０本／ｃｍであることがより一層好ましい。この場合、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明においては、前記チューブ１１０の厚みｔ（ｍｍ）と、前記スリーブ１２０を構成するコード１２１の太さｄ（ｍｍ）と、無負荷且つ無加圧状態において、前記スリーブ１２０を構成するコード１２１の、アクチュエータの軸方向ＤＡＸに対する平均角度Θ１と、アクチュエータの収縮時において、前記スリーブ１２０を構成するコード１２１の、アクチュエータの軸方向ＤＡＸに対する平均角度Θ２とが、下記式（１）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 を満たすことが好ましい。式（１）を満たす場合、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータとしての耐久性が更に向上する。
　また、前記チューブ１１０の厚みｔ（ｍｍ）と、前記スリーブ１２０を構成するコード１２１の太さｄ（ｍｍ）と、無負荷且つ無加圧状態において、前記スリーブ１２０を構成するコード１２１の、アクチュエータの軸方向ＤＡＸに対する平均角度Θ１と、アクチュエータの収縮時において、前記スリーブ１２０を構成するコード１２１の、アクチュエータの軸方向ＤＡＸに対する平均角度Θ２とは、下記式（２）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 を満たすことが更に好ましい。式（２）を満たす場合、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータとしての耐久性が更に向上する。
　本発明においては、スリーブ１２０を構成するコード１２１は、下記式（３）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 ［式中、Ｔ２はコードの上撚り数（回／１０ｃｍ）であり、但し、コードが片撚り構造の場合、上撚り数Ｔ２（回／１０ｃｍ）を下撚り数Ｔ１（回／１０ｃｍ）に置き換えるものとし、Ｄはコードを構成する原糸の一本当りの繊度（ｄｔｅｘ）であり、ρはコードを構成する原糸の密度（ｇ／ｃｍ３）である］で定義される撚り係数Ｋが０．１４～０．５０であることが好ましく、０．１６～０．５０であることが更に好ましい。スリーブ１２０を構成するコード１２１の撚り係数Ｋが０．１４以上の場合、繊維への負荷が小さくなり、アクチュエータの耐久性が更に向上し、また、スリーブ１２０を構成するコード１２１の撚り係数Ｋが０．５０以下の場合、チューブへの負荷が小さくなり、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　ここで、コード１２１の撚り係数Ｋは、使用する原糸の密度や繊度を選択したり、コードにする際の下撚り数を調整することで、調整できる。
　本発明において、スリーブ１２０を構成するコード１２１は、下撚り数Ｔ１（回／１０ｃｍ）と該コード１２１を構成する原糸の一本当りの繊度Ｄ（ｄｔｅｘ）との比（Ｔ１／Ｄ）が０．００４～０．０３であることが好ましく、０．００４～０．０２であることが更に好ましい。この場合、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明において、スリーブ１２０を構成するコード１２１は、下撚り数Ｔ１（回／１０ｃｍ）と上撚り数Ｔ２（回／１０ｃｍ）との比（Ｔ１／Ｔ２）が０．８～１．２であることが好ましく、０．９～１．１であることが更に好ましい。この場合、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明において、スリーブ１２０を構成するコード１２１は、該コード１２１を構成する原糸の一本当りの繊度Ｄが８００～５０００ｄｔｅｘであることが好ましく、８００～４０００ｄｔｅｘであることがより好ましく、１０００～４０００ｄｔｅｘであることが更に好ましく、１５００～４０００ｄｔｅｘであることがより一層好ましく、２０００～４０００ｄｔｅｘであることが特に好ましい。この場合、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明において、スリーブ１２０を構成するコード１２１は、下撚り数Ｔ１が３．２～１５０回／１０ｃｍであることが好ましく、１０～３６回／１０ｃｍであることが好ましく、１０～３０回／１０ｃｍであることが更に好ましい。この場合、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明において、スリーブ１２０を構成するコード１２１は、上撚り数Ｔ２が２．６～１８０回／１０ｃｍであることが好ましく、１０～３６回／１０ｃｍであることが好ましく、１０～３０回／１０ｃｍであることが更に好ましい。この場合、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明において、スリーブ１２０を構成するコード１２１は、撚り本数が２～４本であることが好ましく、２本であることが特に好ましい。この場合、チューブ１１０への負担が更に小さくなって、アクチュエータの耐久性が更に向上する。
　本発明において、スリーブ１２０を構成するコード１２１は、該コード１２１を構成する原糸の一本当りの繊度Ｄが８００～５０００ｄｔｅｘであり、下撚り数Ｔ１が３．２～１５０回／１０ｃｍであり、上撚り数Ｔ２が２．６～１８０回／１０ｃｍであり、撚り本数が２～４本であることが好ましい。スリーブ１２０を構成するコード１２１の、原糸一本当りの繊度Ｄ、下撚り数Ｔ１、上撚り数Ｔ２、及び撚り本数の総てが、上述した好適範囲を満たす場合、チューブ１１０への負担が特に小さくなって、アクチュエータの耐久性が大幅に向上する。
　前記コード１２１の製法は特に限定されるものではなく、例えば、該コード１２１が原糸を複数本、好ましくは、２～４本撚り合わせてなる、所謂、双撚り構造である場合、例えば、原糸に下撚りをかけ、次いでこれを複数合わせて、逆方向に上撚りをかけることで、撚糸コードとして得ることができる。
　また、コード１２１が原糸１本を撚ってなる、所謂、片撚り構造である場合、例えば、原糸をひきそろえて、一方の方向に撚りをかけることで、撚糸コードとして得ることができる。なお、本発明において、コード１２１が片撚り構造である場合、下撚り数Ｔ１は原糸１本を撚る際の撚り数を指すものとする。また、コード１２１が片撚り構造である場合は、式（１）中の上撚り数Ｔ２（回／１０ｃｍ）は、下撚り数Ｔ１（回／１０ｃｍ）に置き換えるものとする。即ち、コード１２１が片撚り構造である場合は、式（１）中のＴ２は原糸１本を撚る際の撚り数を指すものとする。
　図２において、封止機構２００は、アクチュエータ本体部１００の軸方向ＤＡＸにおける端部を封止する。封止機構２００は、封止部材２１０、第１係止リング２２０及びかしめ部材２３０によって構成される。
　封止部材２１０は、胴体部２１１及び鍔部２１２を有する。封止部材２１０としては、ステンレス鋼などの金属を好適に用い得るが、このような金属に限定されず、硬質プラスチック材料などを用いてもよい。
　胴体部２１１は、円管状であり、胴体部２１１には、作動流体が通過する通過孔２１５が形成される。通過孔２１５は、通過孔４１０（図１参照）に連通する。胴体部２１１には、チューブ１１０が挿通される。
　鍔部２１２は、胴体部２１１に連なっており、胴体部２１１よりも空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸにおける端部側に位置する。鍔部２１２は、胴体部２１１よりも径方向ＤＲに沿った外径が大きい。鍔部２１２は、胴体部２１１に挿通されたチューブ１１０及び第１係止リング２２０を係止する。
　胴体部２１１の外周面には、凹凸部２１３が形成される。凹凸部２１３は、胴体部２１１に挿通されたチューブ１１０の滑り抑制に寄与する。凹凸部２１３による凸部分が３つ以上形成されることが好ましい。
　また、胴体部２１１の鍔部２１２寄りの位置には、胴体部２１１よりも外径が小さい第１小径部２１４が形成される。なお、第１小径部２１４の形状については、図５以降においてさらに説明する。
　第１係止リング２２０は、スリーブ１２０を係止する。具体的には、スリーブ１２０は、第１係止リング２２０を介して径方向ＤＲ外側に折り返される（図２において不図示、図５参照）。
　第１係止リング２２０の外径は、胴体部２１１の外径よりも大きい。第１係止リング２２０は、胴体部２１１の第１小径部２１４の位置においてスリーブ１２０を係止する。つまり、第１係止リング２２０は、胴体部２１１の径方向ＤＲ外側であって、鍔部２１２に隣接する位置において、スリーブ１２０を係止する。
　第１係止リング２２０は、胴体部２１１よりも小さい第１小径部２１４に係止させるため、本実施形態では、二分割の形状としている。なお、第１係止リング２２０は、二分割に限らず、より多くの部分に分割してもよいし、一部の分割部分が回動可能に連結されていてもよい。
　第１係止リング２２０としては、封止部材２１０と同様の金属や硬質プラスチック材料などを用いることができる。
　かしめ部材２３０は、アクチュエータ本体部１００を封止部材２１０と共にかしめる。かしめ部材２３０としては、アルミニウム合金、真鍮及び鉄などの金属を用いることができる。かしめ部材２３０には、かしめ用の治具によってかしめ部材２３０がかしめられると、図１に示したような圧痕２３１が形成される。
（２）封止機構の構成
　次に、図５～図１２を参照して、封止機構２００の実施形態について説明する。
（２．１）実施形態１－１
　図５は、実施形態１－１に係る封止機構２００を含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。
　前述したように、封止部材２１０は、胴体部２１１の外径よりも小さい外径を有する第１小径部２１４を有する。
　第１係止リング２２０は、第１小径部２１４の径方向ＤＲ外側に配置される。第１係止リング２２０の内径Ｒ１は、胴体部２１１の外径Ｒ３よりも小さい。なお、第１係止リング２２０の外径Ｒ２も、胴体部２１１の外径Ｒ３より小さくてもよい。
　チューブ１１０は、鍔部２１２に当接するまで胴体部２１１に挿通される。一方、スリーブ１２０は、第１係止リング２２０を介して径方向ＤＲ外側に折り返されている。この結果、スリーブ１２０は、軸方向ＤＡＸの端部において第１係止リング２２０を介して折り返された第１折り返し部１２０ａを有する。具体的には、スリーブ１２０は、前記チューブ１１０の外周面を覆うスリーブ本体部１２０ｂと、該スリーブ本体部１２０ｂの軸方向ＤＡＸの端部で折り返されてスリーブ本体部１２０ｂの外周側に配置された第１折り返し部１２０ａと、から構成される。
　第１折り返し部１２０ａは、チューブ１１０の径方向ＤＲ外側に位置するスリーブ本体部１２０ｂと接着されている。具体的には、スリーブ本体部１２０ｂと第１折り返し部１２０ａとの間には、接着層２４０が形成され、この接着層２４０によって、スリーブ本体部１２０ｂと第１折り返し部１２０ａとが接着されている。ここで、接着層２４０には、スリーブ１２０を構成するコードの種類によって適切な接着剤を用いればよい。
　なお、本発明においては、接着層２４０は、必須ではなく、第１折り返し部１２０ａは、スリーブ本体部１２０ｂと接着されていなくてもよい。
　かしめ部材２３０は、封止部材２１０の胴体部２１１の外径よりも大きく、胴体部２１１に挿通された上で治具によってかしめられる。かしめ部材２３０は、アクチュエータ本体部１００を封止部材２１０と共にかしめる。具体的には、かしめ部材２３０は、胴体部２１１に挿通されたチューブ１１０、スリーブ本体部１２０ｂ、及び第１折り返し部１２０ａをかしめる。つまり、かしめ部材２３０は、チューブ１１０、スリーブ本体部１２０ｂ及び第１折り返し部１２０ａを封止部材２１０と共にかしめる。
（２．２）実施形態１－２
　図６は、実施形態１－２に係る封止機構２００を含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。以下、実施形態１－１との相違点について主に説明する。
　実施形態１－２では、スリーブ１２０の第１折り返し部１２０ａと、かしめ部材２３０との間には、シート状の弾性部材が設けられる。具体的には、第１折り返し部１２０ａとかしめ部材２３０との間には、ゴムシート２５０が設けられる。ゴムシート２５０は、円筒状の第１折り返し部１２０ａの外周面を覆うように設けられる。ゴムシート２５０の種類は特に限定されないが、チューブ１１０と同様の種類のゴムなどを用いることができる。かしめ部材２３０は、ゴムシート２５０も含めて、アクチュエータ本体部１００を封止部材２１０と共にかしめる。
（２．３）実施形態１－３
　図７は、実施形態１－３に係る封止機構２００を含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。
　実施形態１－３では、実施形態１－１の接着層２４０に代えてゴムシート２６０が用いられる。ゴムシート２６０は、シート状の弾性部材であり、スリーブ本体部１２０ｂと、第１折り返し部１２０ａとの間に設けられる。ゴムシート２６０には、ゴムシート２５０と同様の種類のゴムを用いることができる。
（２．４）実施形態２－１
　図８は、実施形態２－１に係る封止機構２００Ａを含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。
　実施形態２－１では、実施形態１の封止機構２００に代えて、封止機構２００Ａが用いられる。封止機構２００と封止機構２００Ａとの相違点は、封止部材２１０のような第１小径部２１４が形成されていないことである。
　封止機構２００Ａは、封止部材２１０Ａ、第１係止リング２２０Ａ及びかしめ部材２３０Ａによって構成される。
　封止部材２１０Ａの胴体部２１１Ａには、チューブ１１０が挿通される。封止部材２１０Ａには、封止部材２１０のような第１小径部２１４が形成されていないため、第１係止リング２２０Ａの外径は、胴体部２１１Ａの外径よりも大きい。このため、第１係止リング２２０Ａは、鍔部２１２Ａとかしめ部材２３０Ａとによって係止される。
　また、第１係止リング２２０Ａの外径が胴体部２１１Ａの外径よりも大きいため、かしめ部材２３０Ａは、鍔部２１２Ａと当接しない。すなわち、スリーブ１２０が折り返された第１係止リング２２０Ａの部分は、外部に露出する。さらに、第１係止リング２２０Ａの外径が胴体部２１１Ａの外径よりも大きいため、実施形態１の第１係止リング２２０のように分割されていなくてもよい。
　なお、スリーブ本体部１２０ｂと第１折り返し部１２０ａとの間には、実施形態１－１と同様に、接着層２４０が形成される。
（２．５）実施形態２－２
　図９は、実施形態２－２に係る封止機構２００Ａを含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。以下、実施形態２－１との相違点について主に説明する。
　実施形態２－２では、スリーブ１２０の第１折り返し部１２０ａと、かしめ部材２３０Ａとの間には、シート状の弾性部材が設けられる。具体的には、第１折り返し部１２０ａとかしめ部材２３０Ａとの間には、ゴムシート２５０Ａが設けられる。ゴムシート２５０Ａは、実施形態１－２のゴムシート２５０と同様に、円筒状の第１折り返し部１２０ａの外周面を覆うように設けられる。
（２．６）実施形態２－３
　図１０は、実施形態２－３に係る封止機構２００Ａを含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。
　実施形態２－３では、実施形態２－１の接着層２４０に代えてゴムシート２６０が用いられる。ゴムシート２６０は、実施形態１－３と同様に、シート状の弾性部材であり、スリーブ本体部１２０ｂと、第１折り返し部１２０ａとの間に設けられる。
（２．７）実施形態３－１
　図１１は、実施形態３－１に係る封止機構２００Ｂを含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。実施形態３（３－１及び３－２）では、２つの係止リングが用いられる。
　図１１に示すように、封止機構２００Ｂは、封止部材２１０Ｂ、第１係止リング２２０Ｂ、かしめ部材２３０Ｂ及び第２係止リング２７０によって構成される。
　このように、封止機構２００Ｂは、第１係止リング２２０Ｂに加えて第２係止リング２７０を有する。第２係止リング２７０は、胴体部２１１Ｂの径方向ＤＲ外側であって、第１係止リング２２０Ｂよりもアクチュエータ本体部１００の軸方向ＤＡＸにおける中央側の位置において、スリーブ１２０を係止する。
　具体的には、封止部材２１０Ｂは、胴体部２１１Ｂの外径よりも小さい外径を有する第２小径部２１６Ｂを有する。
　第２係止リング２７０は、第２小径部２１６Ｂの径方向ＤＲ外側に配置される。第２係止リング２７０の内径は、胴体部２１１Ｂの外径よりも小さいことが好ましい。なお、第２係止リング２７０の外径も、胴体部２１１Ｂの外径よりも小さくてもよい。これにより、第２係止リング２７０は、第２小径部２１６Ｂによって係止される。
　スリーブ１２０は、第２係止リング２７０を介して折り返された第２折り返し部１２０ｃを有する。第２折り返し部１２０ｃは、第１折り返し部１２０ａに連なっている。つまり、第２折り返し部１２０ｃは、前記第１折り返し部１２０ａにおける軸方向ＤＡＸの端部で折り返されて第１折り返し部１２０ａの外周側に配置されている。
　具体的には、スリーブ１２０は、第１係止リング２２０Ｂを介して、アクチュエータ本体部１００の軸方向ＤＡＸにおける中央側に折り返されることによって第１折り返し部１２０ａを形成する。さらに、スリーブ１２０は、第１折り返し部１２０ａがアクチュエータ本体部１００の軸方向ＤＡＸにおける端部側に折り返されることによって第２折り返し部１２０ｃを形成する。
　かしめ部材２３０Ｂは、胴体部２１１Ｂに挿通されたチューブ１１０、チューブ１１０の径方向ＤＲ外側に位置するスリーブ本体１２０ｂ、第１折り返し部１２０ａ、及び第２折り返し部１２０ｃを、封止部材２１０Ｂと共にかしめる。
　スリーブ本体１２０ｂと、第１折り返し部１２０ａとの間には、実施形態１－３と同様のゴムシート２６０が設けられる。
　また、第１折り返し部１２０ａと、第２折り返し部１２０ｃとの間にもシート状の弾性部材が設けられる。具体的には、第１折り返し部１２０ａと第２折り返し部１２０ｃとの間には、ゴムシート２８０が設けられる。ゴムシート２８０は、円筒状の第１折り返し部１２０ａの外周面を覆うように設けられる。
　さらに、第２折り返し部１２０ｃと、かしめ部材２３０Ｂとの間には、実施形態１－３のゴムシート２５０と概ね同形状のゴムシート２９０が設けられる。ゴムシート２９０は、円筒状の第２折り返し部１２０ｃの外周面を覆うように設けられる。
（２．８）実施形態３－２
　図１２は、実施形態３－２に係る封止機構２００Ｃを含む空気圧式アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。以下、実施形態３－１との相違点について主に説明する。
　実施形態３－２では、第１小径部２１４Ｂ及び第２小径部２１６Ｂが形成されていない封止部材２１０Ｃが用いられる。
　封止部材２１０Ｃは、胴体部２１１Ｃを有する。封止部材２１０Ｃには、封止部材２１０Ｂのような第１小径部２１４Ｂ及び第２小径部２１６Ｂが形成されていないため、第１係止リング２２０Ｃの内径及び第２係止リング２７０Ｃの内径は、胴体部２１１Ｃの外径よりも大きい。
　かしめ部材２３０Ｃは、軸方向ＤＡＸにおいて、第１係止リング２２０Ｃと第２係止リング２７０Ｃとの間に位置する。すなわち、スリーブ１２０が折り返された第１係止リング２２０Ｃの部分及び第２係止リング２７０Ｃ部分は、外部に露出する。
　なお、第１折り返し部１２０ａと第２折り返し部１２０ｃとの間には、実施形態３－１のゴムシート２８０と概ね同形状のゴムシート２８１が設けられる。また、スリーブ１２０の第２折り返し部１２０ｃと、かしめ部材２３０Ｃとの間には、実施形態３－１のゴムシート２９０と概ね同形状のゴムシート２９１が設けられる。
　以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
（チューブの作製）
　高ニトリルＮＢＲ（アクリロニトリル－ブタジエンゴム、ＪＳＲ株式会社製「Ｎ２２０Ｓ」）４５質量部、中高ニトリルＮＢＲ（アクリロニトリル－ブタジエンゴム、ＪＳＲ株式会社製「Ｎ２３０Ｓ」）３５質量部、ＢＲ（ブタジエンゴム、宇部興産株式会社製「ＵＢＥＰＯＬ（登録商標）ＢＲ１５０」）２０質量部、カーボンブラック（東海カーボン株式会社製「シースト３」）５０質量部、ステアリン酸（新日本理化株式会社製「ステアリン酸５０Ｓ」）１質量部、老化防止剤（大内新興化学工業株式会社製「ノクラック６Ｃ」）２質量部、樹脂（日本ゼオン株式会社製「クレイトン１００」）１０質量部、可塑剤（新日本理化株式会社製「サンソサイザーＤＯＡ」）８質量部、亜鉛華（ＺｎＯ、白水化学工業株式会社製「亜鉛華３号」）５質量部、硫黄（鶴見化学工業株式会社製「Ｓｕｌｆａｘ　Ｚ」）１質量部、加硫促進剤ＣＢＳ（大内新興化学工業株式会社製「ノクセラーＣＺ」）１質量部、加硫促進剤ＴＯＴ（大内新興化学工業株式会社製「ノクセラーＴＯＴ－Ｎ」）２質量部、をバンバリーミキサーで混練りしてゴム組成物を調製した。
　得られたゴム組成物を押出し成形機で加工することにより、長さ３００ｍｍの円筒形状のチューブを作製した。作製したチューブの外径と厚みを表１に示す。
（スリーブの作製）
　表１に示す仕様のアラミド繊維コード６４本を編み込んで作製した網目状で、円筒状のスリーブを用意した。なお、各アラミド繊維コードは、原糸のアラミド繊維に下撚りをかけ、更に上撚りを掛けて作製した。また、このスリーブは、横断面において円周上にアラミド繊維コードが６４本観察される網目状筒状体であった。
　なお、スリーブは、等間隔、平行かつ螺旋状に配置された３２本のアラミド繊維コードと、この３２本のアラミド繊維コードと斜交するとともに、等間隔、平行かつ螺旋状に配置された他の３２本のアラミド繊維とが交互に編み込まれてなる網目状筒状体であり、図３（ａ）に示すように、各コード群のコードの二本ずつが交互に交錯して構成され、且つ交錯する位置が１本ずつずれて構成されていた（斜文織（綾織））。
　各スリーブ、並びに、各スリーブを構成するコードの仕様を表１に示す。
（アクチュエータの作製）
　前記チューブと前記網目状のスリーブとを用いて、図１及び図２に示す構造のアクチュエータを作製した。アクチュエータに組み込まれたチューブの作動流体としては、空気を用いた。作製したアクチュエータのスリーブを構成するコードの角度、並びに、アクチュエータの耐久性を、以下の方法で評価した。
＜スリーブを構成するコードの角度の評価方法＞
　アクチュエータの軸方向に対してスリーブを構成するコードがなす角度は、以下のように算出した。
（１）該当部分を写真撮影する。
（２）写真の焦点が合い、解析に十分な画質が確保できるアクチュエータの中央部（アクチュエータの収縮時には、スリーブの最大径に対して、スリーブの径がマイナス５％の範囲までの領域）を選択する。
（３）この部分において、封止機構の中心を結ぶ直線と、スリーブを構成するコードと、がなす角度を測定する。
（４）５点を評価して、平均をとり、測定値する。
　なお、コードの角度は、無負荷且つ無加圧状態と、規定の荷重と空気圧（内圧）をかけたアクチュエータの収縮時と、において測定し、表中では、前者を「初期コード角度Θ１」と標記し、後者を「収縮時コード角度Θ２」と標記した。
＜スリーブを構成するコードの間隙の総面積（Ｓ２）の評価方法＞
　空気圧５ＭＰａで、スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度が４５度となるように、アクチュエータにかける荷重を調整して、「スリーブを構成するコードの角度の評価方法」と同様に、写真撮影を行い、コードの間隙の総面積（Ｓ２）を測定した。該値（Ｓ２）を用いて、アクチュエータ本体部の外表面の面積（Ｓ１）の値から、比（Ｓ２／Ｓ１）を算出し、表中では、「収縮時空隙率（Ｓ２／Ｓ１）」と標記した。なお、コードの角度の実測においては、誤差範囲を±１度とした。
＜アクチュエータの耐久性の評価方法＞
　作動流体として空気をチューブ内に注入した。チューブ内の作動流体の圧力が０ＭＰａと５ＭＰａとをそれぞれ３秒ごとに繰り返すように作動流体の注入操作を行い、チューブに亀裂が入りアクチュエータの機能を発現できなくなるまでの回数を測定した。実施例１の回数を１００として、指数表示した。指数値が大きい程、耐久性が高いことを示す。
　また、故障形態を目視で観察し、以下の基準で評価した。
　　Ａ：　コードに直接接触する部分におけるチューブの損傷による故障
　　Ｂ：　コードに直接接触しない部分におけるチューブの損傷による故障
　　Ｃ：　コードの切断による故障
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　表１から、本発明に従う空気圧式アクチュエータは、高い耐久性を有することが分かる。
　１０：空気圧式アクチュエータ、　２０：連結部、　１００：アクチュエータ本体部、　１１０：チューブ、　１２０：スリーブ、　１２０ａ：第１折り返し部、　１２０ｂ：スリーブ本体部、　１２０ｃ：第２折り返し部、　１２１：コード、　１２１Ａ，１２１Ｂ：コード群、　１２２：コードの間隙、　２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ：封止機構、　２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ：封止部材、　２１１，２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ：胴体部、　２１２，２１２Ａ：鍔部、　２１３：凹凸部、　２１４，２１４Ｂ：第１小径部、　２１５：通過孔、　２１６Ｂ：第２小径部、　２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ：第１係止リング、　２３０，２３０Ａ，２３０Ｂ，２３０Ｃ：かしめ部材、　２３１：圧痕、　２４０：接着層、　２５０，２５０Ａ：ゴムシート、　２６０：ゴムシート、　２７０，２７０Ｃ：第２係止リング、　２８０，２８１：ゴムシート、　２９０，２９１：ゴムシート、　３００：封止機構、　４００，５００：フィッティング、　４１０，５１０：通過孔、　ＤＡＸ：軸方向、　ＤＲ：径方向

Claims (15)

  1. 　空気圧によって膨張及び収縮する筒状のチューブと、所定方向に配向されたコードを編み込んだ筒状の構造体であって前記チューブの外周面を覆うスリーブと、によって構成されるアクチュエータ本体部を具える空気圧式アクチュエータであって、
    　無負荷且つ無加圧状態において、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度が２０度以上４５度未満であり、
    　空気圧５ＭＰａで、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度が４５度である状態において、前記アクチュエータ本体部の外表面の面積（Ｓ１）に対する前記スリーブを構成するコードの間隙の総面積（Ｓ２）の比（Ｓ２／Ｓ１）が３５％以下であることを特徴とする、空気圧式アクチュエータ。
  2. 　前記スリーブを構成するコードが、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリウレタン繊維、レーヨン、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維からなる群から選択される少なくとも１種の繊維材料からなる、請求項１に記載の空気圧式アクチュエータ。
  3. 　前記スリーブは、一方向に配向されたコード群と、それと交錯するコード群とが、各コード群のコードの２本又は１本ずつが交互に交錯して構成され、且つ交錯する位置が１本ずつずれて構成されている、請求項１又は２に記載の空気圧式アクチュエータ。
  4. 　前記スリーブは、前記コードを斜文織（綾織）又は平織して構成されている、請求項１又は２に記載の空気圧式アクチュエータ。
  5. 　前記スリーブを構成するコードの破断強力が、２００Ｎ／本以上である、請求項１～４のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
  6. 　前記スリーブを構成するコードの破断伸びが、２．０％以上である、請求項１～５のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
  7. 　前記スリーブを構成するコードの太さが、０．３ｍｍ～１．５ｍｍである、請求項１～６のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
  8. 　前記スリーブを構成するコードの打ち込み密度が、６．８本／ｃｍ～２５．５本／ｃｍである、請求項１～７のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
  9. 　前記チューブの厚みｔ（ｍｍ）と、前記スリーブを構成するコードの太さｄ（ｍｍ）と、無負荷且つ無加圧状態において、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度Θ１と、アクチュエータの収縮時において、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度Θ２とが、下記式（１）：
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     を満たす、請求項１～８のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
  10. 　前記チューブの厚みｔ（ｍｍ）と、前記スリーブを構成するコードの太さｄ（ｍｍ）と、無負荷且つ無加圧状態において、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度Θ１と、アクチュエータの収縮時において、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度Θ２とが、下記式（２）：
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
     を満たす、請求項９に記載の空気圧式アクチュエータ。
  11. 　前記スリーブを構成するコードの、下記式（３）：
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
     ［式中、Ｔ２はコードの上撚り数（回／１０ｃｍ）であり、但し、コードが片撚り構造の場合、上撚り数Ｔ２（回／１０ｃｍ）を下撚り数Ｔ１（回／１０ｃｍ）に置き換えるものとし、Ｄはコードを構成する原糸の一本当りの繊度（ｄｔｅｘ）であり、ρはコードを構成する原糸の密度（ｇ／ｃｍ３）である］で定義される撚り係数Ｋが０．１４～０．５０である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
  12. 　前記スリーブを構成するコードは、下撚り数Ｔ１（回／１０ｃｍ）と該コードを構成する原糸の一本当りの繊度Ｄ（ｄｔｅｘ）との比（Ｔ１／Ｄ）が０．００４～０．０３である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
  13. 　前記スリーブを構成するコードは、下撚り数Ｔ１（回／１０ｃｍ）と上撚り数Ｔ２（回／１０ｃｍ）との比（Ｔ１／Ｔ２）が０．８～１．２である、請求項１～１２のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
  14. 　前記スリーブを構成するコードは、該コードを構成する原糸の一本当りの繊度Ｄが８００～５０００ｄｔｅｘであり、下撚り数Ｔ１が３．２～１５０回／１０ｃｍであり、上撚り数Ｔ２が２．６～１８０回／１０ｃｍであり、撚り本数が２～４本である、請求項１～１３のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
  15. 　無負荷且つ無加圧状態において、前記チューブの厚みが１．０ｍｍ～６．０ｍｍである、請求項１～１４のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
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